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能量环境
能量环境：是指光和温度组成的地球环境。一起来了解能量、光、温度、风、火等知识吧。
编辑于2023-03-27 19:42:55 河南
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能量环境
能量环境：是指光和温度组成的地球环境。
能量
能量(Energy)：是太阳表面以电磁波的形式不断释放的太阳辐射或太阳光，它为地球上所有的生命系统提供了能量来源。
能量类型
来自地球外部天体的能源
太阳能、化石能源、水能、 风能、 潮汐能、海洋温差能、波浪能、生物质能
地球本身蕴藏的能量
地热能、核能
生物圈通过绿色植物将太阳能转化为化学能储存于植物体内， 是生物圈与太阳能发生联系的唯一环节。
光
光是太阳的辐射能以电磁波的形式,投射到地球表面上的辐射线。
影响地表太阳辐射的因素
大气圈 太阳高度角 纬度和季节 海拔、坡度和坡向
光的分布
光质
低海拔、高纬度长波光,高海拔、低纬度短波光多 夏季、中午短波光多,冬季、早晚长波光多
日照时间
夏季昼长夜短、冬季昼短夜长 纬度升高、变化加大,两极有极昼、极夜
光照强度
低海拔、高纬度光照强度弱,高海拔、低度大 夏季、中午光照强度大,冬季、早晚光照强度弱 (北半球)南坡光照强度大,北坡光照强度弱
光质
光合有效辐射:绿色植物进行光合作用只能利用太阳 光谱的一个有限带,即380~710nm这个区域的辐射能, 这个区间波长的辐射能叫光合有效辐射。
叶绿素的吸收光谱最强的区间是: 蓝紫光:430~450nm 红光:640~60nm
对植物的影响
影响合成产物
蓝紫光:促进蛋白质的合成 红光:促进糖的合成
影响光合强度
红、橙光是被叶绿体吸收最多的光线一生理有效光 蓝紫光也能被叶绿素、胡萝卜素等强吸收
影响形态建成、向光性及色素形成
短波光抑制植物的伸长生长,使植物向光性更敏感
对动物的影响
紫外线能杀菌
促进合成VD,引发皮肤病
红外线是地表的基本热源
对外温动物的体温调节和能量代谢有决定性作用
植物对光质的适应
绿色植物和藻类光合色素的差异
绿色植物和绿藻—一叶绿素b和类胡萝卜素 红藻一一藻红蛋白和藻蓝蛋白A 褐藻和硅藻一一叶黄素
高山植物的适应
含花青素、茎干粗短、叶面缩小、毛绒发达
动物对光质的适应
鱼类视力的灵敏峰值
太阳鱼: 50~530nm
昆虫的趋光性
短波光一黑光灯
光质影响水中藻类的分布
绿藻:水上层 褐藻:水中层 红藻:深层,可达20 m左右
光照强度
对植物的影响
影响植物叶绿素的形成
黄化现象:一般植物在黑暗中不能合成叶绿素,但 能形成胡萝卜素,导致叶片发黄,称为黄化现象。
影响植物细胞的增长和分裂、组织器管的生长和分化
影响植物花果的数量和质量成
对动物的影响
影响动物的生长发育
影响动物的体色
植物对光照强度的适应
植物的向光性
植物秋季落叶
光合能力
C3植物和C4植物
适应性差异
主要表现在叶片的生理结构差异和植物形态差异
阳性植物和阴性植物、耐阴植物
动物对光照强度的适应
动物视觉器官形态适应性变化
夜行性动物眼睛昼行性动物大
影响动物每天开始活动的时间
光周期
生物的昼夜节律
昼夜节律:生物的生理活动具有昼夜周期性变化。
植物的光合作用、蒸腾作用、积累与消耗等均有节律
人的睡眠(视差问题)、活动与休息也有节律
影响因素:
外源性周期:光、温度等
内源性周期:生物钟
生物的光周期现象
光周期现象:植物的开花结果、落叶及休眠,动物的繁殖、 冬眠、迁徙和换毛等是对日照长短的规律性变化的反应。
本质:一种光形态建成反应
植物
现象
长日照植物、短日照植物、中日照植物、日中性植物
应用
杂交育种、抗性选育、异地种植
动物
现象
动物繁殖的光周期
长日照动物、短日照动物
昆虫滞育
越冬
动物换毛换羽
春秋
迁徙的光周期
鸟类迁徙
生物的昼夜节律和光周期现象是受光周期控制的
温度
温度的生态意义
生物体内的生物化学过程必须在一定的温度范围内才能正常进行
不同的生物和同一生物的不同发育阶段所能忍受的温度范围有很大不同
温度的变化能引起环境中其他生态因子的改变
地球上温度的分布
地表大气温度的分布与变化
空间分布与变化
纬度影响:纬度升高1°,气温降低0.5℃
陆地和海洋的影响:沿海地区气温变化小,内陆地区变化大
地形变化影响:坡度、坡向、海拔高度等 逆温现象
时间变化:日变化和年变化
时间变化
日较差:随纬度增高减小,随海拔升高而增加
年较差:随纬度增高增大,大陆性气候越强越大
土壤温度的分布与变化
土壤温度与气温相关
土壤表层温度变化远较气温剧烈
土壤温度变化与深度有关
土壤温度变化时间较气温滞后,且与深度有关
温度变化周期与深度相关
土壤温度的年变化与纬度、海拔有关
水体温度的分布与变化
时间变化
变化幅度较气温小
不同深度水体的日变化
海水昼夜温差不超过4℃,随深度增加幅度减小。 15M以下无昼夜变化。
不同深度水体的年变化
赤道及两极地带海洋的温度年较差不超过5℃,温带海 洋年较差一般为10—15℃,多则达23℃。
水温的成层现象
水温分层:上湖层、斜温层(温梯层)和下湖层 春季环流和秋季环流 低纬度地区:雨季和干季 海洋:低纬度水域、中纬度水域
生物对温度的反应
酶反应速度与温度阈
酶的代谢速率和温度的关系可以用温度系数Q10表示 温度系数Q10=t体温时的代谢率/(t—10)体温时的代谢 率(在1.5~2.5)
高温对生物的伤害
高温的伤害:蛋白质(酶)变性、有机体脱水
(植物)高温可减弱光合作用 增强呼吸作用 破坏水分平衡
不同物种对高温的耐受性不同
低温对生物的伤害
冻害
指冰点以下的低温使生物体内形成冰品而造成的损害
使原生质膜发生破裂、使蛋白质失活与变性
冷害
指喜温生物在零度以上的温度条件下受害或死亡
不同物种对低温的耐受性不同 生物的抗寒锻炼
生物发育和生长速度
任一生物的生命活动都有最低、最适和最高温度; 三基点来源于酶系统的活性; 不同生物的三基点是不同的。
发育起点温度:生物的生长发育是需要一定温度范围的, 低于某一温度,生物就停止生长发育,高于这一温度, 生物才开始生长发育,这一温度称为发育起点温度或生 物学零点(biological zero)
有效温度区:生长发育的温度上限一般与生命的温度上 限很接近,在发育起点温度和发育的温度上限之间的温 度称为有效温度区。
有效积温法则:植物在生长发育过程中必须从环境摄 取一定的热量才能完成某一阶段的发育,而且植物各 个发育阶段所需要的总热量是一个常数。
K=NT K=N (T—C)
T=C+KV 表示在发育的温度内,温度与发育历期成双曲线关系 温度越高,发育历期越短;温度越低,发育速度越慢
应用
预测生物发生的世代数(不包括可休眠、滞育的) 预测生物地理分布的北界 预测害虫来年发生程度 制定农业气候区划,合理安排作物 应用积温预报农时
驯化和气候驯化
春化作用:植物必须经历一段时间的持续低温才能由营 养生长阶段转入生殖阶段生长的现象。
实验室条件下一一较短时间(驯化或人工驯化; 自然环境中一一较长时间(自然驯化或气候驯化)
生态适应
基因变异
生物对极端环境温度的适应
低温
植物
形态方面:油脂,鳞片,蜡粉和密毛,矮小、匍匐状、垫 状或莲座状,树皮厚,有木栓层。
生理方面:减少水分,增加糖类、脂肪和色素等物质, 激素调节,冬季休眠,种子休眠、后熟等
动物
形态:贝格曼规律,阿伦规律,毛、皮结构,脂肪层
贝格曼规律：生活在高纬度地区的内温动物,其身体往往比生活在低 纬地区的同类个体大,导致相对比表面积变小,单位体 重散热量减少,这就是贝格曼规律(Bergman'srule )。
阿伦规律:高纬度地区的恒温动物个体身体突出部分,刘 巴和外耳有变小变短的趋势。
生理:基础代谢和非颤抖性产热(褐色脂肪),身体异温等
增加产热:基础代谢产热、颤抖性产热与非颤抖性产热 热中性区:热中性区宽,冷适应能力强 异温性:空间异温性 适应性低体温:时间异温性,内温动物的冬眠。
行为:迁徙、集群、冬眠、冬睡、滞育
高温
植物
形态适应: 生有密绒毛和鳞片;体色呈白色、银白色,叶片发光; 有些植物叶片垂直主轴排列,使叶缘向光; 在高温条件下叶片对折; 有的植物树干和根茎生有厚的木栓层
生理适应: 降低细胞含水量,增加糖或盐的浓度,这有利于减 慢代谢率,增加原生质的抗凝结能力; 靠旺盛的蒸腾作用避免植物体过热。
动物
形态适应: 皮毛在高温下起隔热作用; 夏季毛色变浅,具光泽; 利用热窗散热; 哺乳动物的精巢持久或季节性的下垂; 有蹄类动物的脑部动静脉血管网。
生理适应: 缺水-放松恒温性,使体温有较大幅度的波动 水分充足一蒸发降温
行为适应: 穴居、昼伏夜出;周期性体温升降 夏眠或夏季滞育:适应性低温、保水
生物对周期性变温的适应
生物与昼夜变温
生物与昼夜变温 昆虫的发育历期 种子的发芽 植物的产量与品质 动物的活动规律
物侯——生物与季节变温
植物春花秋实 动物休眠、换毛换羽 迁徙、回游 繁殖季节
温度与生物的分布
高温的限制
白桦、云杉在自然条件下不能在华北平原生长 苹果、梨、桃不能在热带地区栽培 菜粉蝶不能忍受26°C以上的高温
原因
破坏生物体内的代谢过程和光合呼吸平衡 植物因得不到必要的低温刺激而不能完成发育阶段
低温的限制
对植物和变温动物来说,决定其水平分布北界和垂直分布 上限的主要因素就是低温。
生物群落分布与温度带
生物群系的分布成为主要温度带的反映。温度和湿度 共同决定了地球上生物群系的分布格局。
温度与其它生态因子的综合作用
温度的变化和其他环境因素紧密联系,密不可分。 生物群落分布与温度节
风
生态作用
对生物生长和形状的影响
降低植物的生长高度;旗形树、鸟类的皮羽
传播运输工具
植物繁殖体传播;动物的迁移;信息传递
破坏作用
干热风,机械损伤
林带的防风效应
群落结构,紧密程度,高度,宽度,横断面的形状
防风林主要作用
削弱风力、降低风速、减少风害
其他作用
固沙蓄水、调节小气候
火
类型
地面火
林冠火
生态作用
积极作用
加速生物地球化学循环
为抗火植物更新、竞争提供机会
利于个别植物萌发
破坏作用
严重损害生态系统及其平衡
造成动物物种减少和种群数量下降
改变土壤结构,破坏了土壤保水性
管理
建立火灾阻隔系统
开展计划烧除
加强防火管理
能量环境
能量环境：是指光和温度组成的地球环境。
能量
能量(Energy)：是太阳表面以电磁波的形式不断释放的太阳辐射或太阳光，它为地球上所有的生命系统提供了能量来源。
能量类型
来自地球外部天体的能源
太阳能、化石能源、水能、 风能、 潮汐能、海洋温差能、波浪能、生物质能
地球本身蕴藏的能量
地热能、核能
生物圈通过绿色植物将太阳能转化为化学能储存于植物体内， 是生物圈与太阳能发生联系的唯一环节。
光
光是太阳的辐射能以电磁波的形式,投射到地球表面上的辐射线。
影响地表太阳辐射的因素
大气圈 太阳高度角 纬度和季节 海拔、坡度和坡向
光的分布
光质
低海拔、高纬度长波光,高海拔、低纬度短波光多 夏季、中午短波光多,冬季、早晚长波光多
日照时间
夏季昼长夜短、冬季昼短夜长 纬度升高、变化加大,两极有极昼、极夜
光照强度
低海拔、高纬度光照强度弱,高海拔、低度大 夏季、中午光照强度大,冬季、早晚光照强度弱 (北半球)南坡光照强度大,北坡光照强度弱
光质
光合有效辐射:绿色植物进行光合作用只能利用太阳 光谱的一个有限带,即380~710nm这个区域的辐射能, 这个区间波长的辐射能叫光合有效辐射。
叶绿素的吸收光谱最强的区间是: 蓝紫光:430~450nm 红光:640~60nm
对植物的影响
影响合成产物
蓝紫光:促进蛋白质的合成 红光:促进糖的合成
影响光合强度
红、橙光是被叶绿体吸收最多的光线一生理有效光 蓝紫光也能被叶绿素、胡萝卜素等强吸收
影响形态建成、向光性及色素形成
短波光抑制植物的伸长生长,使植物向光性更敏感
对动物的影响
紫外线能杀菌
促进合成VD,引发皮肤病
红外线是地表的基本热源
对外温动物的体温调节和能量代谢有决定性作用
植物对光质的适应
绿色植物和藻类光合色素的差异
绿色植物和绿藻—一叶绿素b和类胡萝卜素 红藻一一藻红蛋白和藻蓝蛋白A 褐藻和硅藻一一叶黄素
高山植物的适应
含花青素、茎干粗短、叶面缩小、毛绒发达
动物对光质的适应
鱼类视力的灵敏峰值
太阳鱼: 50~530nm
昆虫的趋光性
短波光一黑光灯
光质影响水中藻类的分布
绿藻:水上层 褐藻:水中层 红藻:深层,可达20 m左右
光照强度
对植物的影响
影响植物叶绿素的形成
黄化现象:一般植物在黑暗中不能合成叶绿素,但 能形成胡萝卜素,导致叶片发黄,称为黄化现象。
影响植物细胞的增长和分裂、组织器管的生长和分化
影响植物花果的数量和质量成
对动物的影响
影响动物的生长发育
影响动物的体色
植物对光照强度的适应
植物的向光性
植物秋季落叶
光合能力
C3植物和C4植物
适应性差异
主要表现在叶片的生理结构差异和植物形态差异
阳性植物和阴性植物、耐阴植物
动物对光照强度的适应
动物视觉器官形态适应性变化
夜行性动物眼睛昼行性动物大
影响动物每天开始活动的时间
光周期
生物的昼夜节律
昼夜节律:生物的生理活动具有昼夜周期性变化。
植物的光合作用、蒸腾作用、积累与消耗等均有节律
人的睡眠(视差问题)、活动与休息也有节律
影响因素:
外源性周期:光、温度等
内源性周期:生物钟
生物的光周期现象
光周期现象:植物的开花结果、落叶及休眠,动物的繁殖、 冬眠、迁徙和换毛等是对日照长短的规律性变化的反应。
本质:一种光形态建成反应
植物
现象
长日照植物、短日照植物、中日照植物、日中性植物
应用
杂交育种、抗性选育、异地种植
动物
现象
动物繁殖的光周期
长日照动物、短日照动物
昆虫滞育
越冬
动物换毛换羽
春秋
迁徙的光周期
鸟类迁徙
生物的昼夜节律和光周期现象是受光周期控制的
温度
温度的生态意义
生物体内的生物化学过程必须在一定的温度范围内才能正常进行
不同的生物和同一生物的不同发育阶段所能忍受的温度范围有很大不同
温度的变化能引起环境中其他生态因子的改变
地球上温度的分布
地表大气温度的分布与变化
空间分布与变化
纬度影响:纬度升高1°,气温降低0.5℃
陆地和海洋的影响:沿海地区气温变化小,内陆地区变化大
地形变化影响:坡度、坡向、海拔高度等 逆温现象
时间变化:日变化和年变化
时间变化
日较差:随纬度增高减小,随海拔升高而增加
年较差:随纬度增高增大,大陆性气候越强越大
土壤温度的分布与变化
土壤温度与气温相关
土壤表层温度变化远较气温剧烈
土壤温度变化与深度有关
土壤温度变化时间较气温滞后,且与深度有关
温度变化周期与深度相关
土壤温度的年变化与纬度、海拔有关
水体温度的分布与变化
时间变化
变化幅度较气温小
不同深度水体的日变化
海水昼夜温差不超过4℃,随深度增加幅度减小。 15M以下无昼夜变化。
不同深度水体的年变化
赤道及两极地带海洋的温度年较差不超过5℃,温带海 洋年较差一般为10—15℃,多则达23℃。
水温的成层现象
水温分层:上湖层、斜温层(温梯层)和下湖层 春季环流和秋季环流 低纬度地区:雨季和干季 海洋:低纬度水域、中纬度水域
生物对温度的反应
酶反应速度与温度阈
酶的代谢速率和温度的关系可以用温度系数Q10表示 温度系数Q10=t体温时的代谢率/(t—10)体温时的代谢 率(在1.5~2.5)
高温对生物的伤害
高温的伤害:蛋白质(酶)变性、有机体脱水
(植物)高温可减弱光合作用 增强呼吸作用 破坏水分平衡
不同物种对高温的耐受性不同
低温对生物的伤害
冻害
指冰点以下的低温使生物体内形成冰品而造成的损害
使原生质膜发生破裂、使蛋白质失活与变性
冷害
指喜温生物在零度以上的温度条件下受害或死亡
不同物种对低温的耐受性不同 生物的抗寒锻炼
生物发育和生长速度
任一生物的生命活动都有最低、最适和最高温度; 三基点来源于酶系统的活性; 不同生物的三基点是不同的。
发育起点温度:生物的生长发育是需要一定温度范围的, 低于某一温度,生物就停止生长发育,高于这一温度, 生物才开始生长发育,这一温度称为发育起点温度或生 物学零点(biological zero)
有效温度区:生长发育的温度上限一般与生命的温度上 限很接近,在发育起点温度和发育的温度上限之间的温 度称为有效温度区。
有效积温法则:植物在生长发育过程中必须从环境摄 取一定的热量才能完成某一阶段的发育,而且植物各 个发育阶段所需要的总热量是一个常数。
K=NT K=N (T—C)
T=C+KV 表示在发育的温度内,温度与发育历期成双曲线关系 温度越高,发育历期越短;温度越低,发育速度越慢
应用
预测生物发生的世代数(不包括可休眠、滞育的) 预测生物地理分布的北界 预测害虫来年发生程度 制定农业气候区划,合理安排作物 应用积温预报农时
驯化和气候驯化
春化作用:植物必须经历一段时间的持续低温才能由营 养生长阶段转入生殖阶段生长的现象。
实验室条件下一一较短时间(驯化或人工驯化; 自然环境中一一较长时间(自然驯化或气候驯化)
生态适应
基因变异
生物对极端环境温度的适应
低温
植物
形态方面:油脂,鳞片,蜡粉和密毛,矮小、匍匐状、垫 状或莲座状,树皮厚,有木栓层。
生理方面:减少水分,增加糖类、脂肪和色素等物质, 激素调节,冬季休眠,种子休眠、后熟等
动物
形态:贝格曼规律,阿伦规律,毛、皮结构,脂肪层
贝格曼规律：生活在高纬度地区的内温动物,其身体往往比生活在低 纬地区的同类个体大,导致相对比表面积变小,单位体 重散热量减少,这就是贝格曼规律(Bergman'srule )。
阿伦规律:高纬度地区的恒温动物个体身体突出部分,刘 巴和外耳有变小变短的趋势。
生理:基础代谢和非颤抖性产热(褐色脂肪),身体异温等
增加产热:基础代谢产热、颤抖性产热与非颤抖性产热 热中性区:热中性区宽,冷适应能力强 异温性:空间异温性 适应性低体温:时间异温性,内温动物的冬眠。
行为:迁徙、集群、冬眠、冬睡、滞育
高温
植物
形态适应: 生有密绒毛和鳞片;体色呈白色、银白色,叶片发光; 有些植物叶片垂直主轴排列,使叶缘向光; 在高温条件下叶片对折; 有的植物树干和根茎生有厚的木栓层
生理适应: 降低细胞含水量,增加糖或盐的浓度,这有利于减 慢代谢率,增加原生质的抗凝结能力; 靠旺盛的蒸腾作用避免植物体过热。
动物
形态适应: 皮毛在高温下起隔热作用; 夏季毛色变浅,具光泽; 利用热窗散热; 哺乳动物的精巢持久或季节性的下垂; 有蹄类动物的脑部动静脉血管网。
生理适应: 缺水-放松恒温性,使体温有较大幅度的波动 水分充足一蒸发降温
行为适应: 穴居、昼伏夜出;周期性体温升降 夏眠或夏季滞育:适应性低温、保水
生物对周期性变温的适应
生物与昼夜变温
生物与昼夜变温 昆虫的发育历期 种子的发芽 植物的产量与品质 动物的活动规律
物侯——生物与季节变温
植物春花秋实 动物休眠、换毛换羽 迁徙、回游 繁殖季节
温度与生物的分布
高温的限制
白桦、云杉在自然条件下不能在华北平原生长 苹果、梨、桃不能在热带地区栽培 菜粉蝶不能忍受26°C以上的高温
原因
破坏生物体内的代谢过程和光合呼吸平衡 植物因得不到必要的低温刺激而不能完成发育阶段
低温的限制
对植物和变温动物来说,决定其水平分布北界和垂直分布 上限的主要因素就是低温。
生物群落分布与温度带
生物群系的分布成为主要温度带的反映。温度和湿度 共同决定了地球上生物群系的分布格局。
温度与其它生态因子的综合作用
温度的变化和其他环境因素紧密联系,密不可分。 生物群落分布与温度节
风
生态作用
对生物生长和形状的影响
降低植物的生长高度;旗形树、鸟类的皮羽
传播运输工具
植物繁殖体传播;动物的迁移;信息传递
破坏作用
干热风,机械损伤
林带的防风效应
群落结构,紧密程度,高度,宽度,横断面的形状
防风林主要作用
削弱风力、降低风速、减少风害
其他作用
固沙蓄水、调节小气候
火
类型
地面火
林冠火
生态作用
积极作用
加速生物地球化学循环
为抗火植物更新、竞争提供机会
利于个别植物萌发
破坏作用
严重损害生态系统及其平衡
造成动物物种减少和种群数量下降
改变土壤结构,破坏了土壤保水性
管理
建立火灾阻隔系统
开展计划烧除
加强防火管理